材料科学基础_第五章 材料的形变和再结晶.ppt

第五章　材料的形变和再结晶 李怀勇 聊城大学材料科学与工程学院 内容预报 为什么要认识和掌握材料的形变和再结晶规律？ 材料在加工制备及应用过程中都要受到外力的作用 材料受力要发生变形：弹性变形、塑性变形、断裂 材料发生变形后材料的组织结构（性能）发生变化 本章主要研究内容： 一、材料的变形规律及其微观机制； 二、研究变形后的材料在回复、再结晶过程中组织、结构和性能的变化规律。 本章章节结构 5.1　弹性和粘弹性 5.2　晶体的塑性变形 5.3　回复和再结晶 5.4　热变形与动态回复、再结晶 5.5　陶瓷材料变形的特点　 5.6　高聚物的塑性变形 5.0　材料力学性能测试 5.1　弹性和粘弹性 弹性－外力去除后形变能够完全恢复的性质 线性（符合胡克定律）和非线性 5.1.1 弹性变形的特征和弹性模量 一、特征： 　（1）理想的弹性变形是可逆的。 　 （2）实际材料，在弹性变形范围内，服从胡克定律： 二、弹性模量（广义的胡克定律）： 晶体的各向异性，各个方向的弹性模量不相同 广义的胡克定律： 对于均质各向异性弹性体，最一般的情况，弹性系数有36个，其中21个是独立的： 　　　　　　Cij=Cji， Sij=Sji 而晶体也存在对称性，所以在某几个方向上原子排列是相同的，所以系数将会进一步减少。 三、体弹性模量K（压缩模量） 1、定义：应力与体积变化率之比。 2、对模量的讨论： （1）弹性模量代表了原子离开平衡位置的难易程度，也表征了原子间的相互作用。 （2）对于晶体来说，也反应了不同方向原子（离子）排列的紧密程度。（见表5.2） （3）材料特别是复合材料由于组织结构的各同异性也会导致不同方向模量的不同 5.1.2 弹性变形的本质 原子、离子间的相互作用力： 平衡位置r0，系统的能量最低 受外力偏离平衡位置，有变形，产生引力或斥力，能量升高 当外力消失，原子将恢复到平衡位置，变形完全消失，能量下降 5.1.3 弹性的不完整性 理想的弹性体： 理想的弹性体是不存在的，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等弹性不完整性。 包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。 一、包申格效应 预先加载产生少量塑性变形（小于4％） 而后再同向加载则?e升高，但反向加载则?e下降。 　 二、弹性后效 在加载或卸载时，应变的弛豫过程现象。 在弹性极限?e范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性 三、弹性滞后 应变落后于应力，?-?曲线上加载线与卸载线不再是一条直线，而是形成一封闭回线 表明加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗，其大小即用弹性滞后环面积度量。 5.1.4 粘弹性（高分子材料） 1、粘弹性：一些非晶或多晶体，在比较小的应力时可以同时表现出粘性和弹性。 2、所谓粘性流动是指非晶态固体和液体在外力作用下便会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不能回复。 3、粘弹性是高分子材料的重要力学状态 主链的内旋转，沿外力方向伸展； 分子链之间发生相对滑移，产生粘性变形。 4、粘弹性的特点： 应变落后于应力。应力-应变回线，存在内耗 5.2、晶体的塑性变形 5.2.1 单晶体的塑性变形 常温及低温下，塑性变形方式：滑移，孪生，扭折。 高温下的形变的方式：扩散，蠕变等 1、滑移 当应力达到一定的大小时，晶体中一定方向的层片之间就会产生的相对滑移，大量的层片间滑动的累积，就成为宏观塑性变形。 （1）滑移线与滑移带 （2）滑移系 塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。 一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 不同的晶体结构，其滑移面和滑移方向也不同。 同一晶体结构，也会有不同的滑移面和滑移方向。 思考：滑移面及滑移方向上的原子排布密度上有什么特征？ 1、面与面之间的结合力 2、密排面和密排方向 面心立方晶体中的滑移 体心立方晶体中 滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。 原子密度大－－面间距大－－点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移； 至于滑移方向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最短，即位错b最小。 体心立方滑移面有三组，原因是没有特别突出的密排面。 六方密排，滑移方向一般为1120，而滑移面除{0001}之外还与其轴比(c/a)有关，当c/a1.633时，密排面可能为{1011}或{1010}等晶面 在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多，取向便愈多，滑移容易进行，它的塑性便愈好。 面心立方晶体的滑移系共有 {111}41103=12 体心立方晶体，滑移系共有 {110}61112+{112}12